Il ruolo vitale delle Fluid Technology Solutions

L'attrito e il calore sono i nemici dei motori a combustione interna e delle trasmissioni. L'attrito causa l'usura di pistoni, cilindri e albero motore, compromettendo le minime tolleranze tra le parti e rendendo il motore meno efficiente. In parole povere, il maggiore chilometraggio di una unità di potenza ha come diretta conseguenza la disponibilità di una potenza inferiore rispetto a un motore nuovo.

Il calore fa sì che le parti si espandano (e poi si contraggano quando si raffreddano, nda) e accelera la degradazione di oli, guarnizioni e altre componenti. I costruttori forniscono anche ai propri clienti informazioni sul "ciclo di vita" delle Power Unit. Tuttavia, tali informazioni, elaborate dopo numerose sessioni sui banchi prova e sulla scorta dei dati delle passate stagioni, non sono sufficienti per garantire l’affidabilità delle componenti di una unità turbo-ibrida.

Per quanto concerne i motori a combustione interna, i costruttori, unitamente ai fornitori di lubrificanti, analizzano costantemente le parti per individuare eventuali crepe e usura, nonché l'olio motore alla ricerca di segni di deterioramento. In tal senso il supporto fornito dai partner di carburanti e lubrificanti è vitale per garantire l’affidabilità del propulsore.

Analogo discorso vale per il cambio di una Formula 1, i cui attriti rappresentano una sfida critica di ingegneria, capace di causare la perdita di oltre dieci cavalli se non ottimizzati. Per ridurli al minimo, i team intervengono con lubrificanti speciali, trattamenti superficiali degli ingranaggi e geometrie molto compatte.

Il ruolo strategico dei partner di carburanti e lubrificanti per i Team

Ci sono compagnie che hanno accordi puramente economici e di sponsorizzazione, mentre per quanto riguarda la fornitura tecnica, le alleanze strategiche si basano sulla fornitura di molteplici prodotti, spesso realizzati in stretta collaborazione. Tale perimetro comprende:

• Benzine
• Lubrificanti per il motore
• Oli per il gearbox (cambio)
• Oli per l'impianto idraulico
• Grasso per le pistole dei wheel gun (utilizzate dai meccanici ai pit stop)
• Prodotti accessori come i damper fluid (oli per gli ammortizzatori)

Tutti questi prodotti vengono formulati ogni stagione e rappresentano il risultato finale del lavoro di un team di sviluppo che opera a stretto contatto con gli ingegneri del team. Già nel periodo di luglio-agosto, prima della chiusura estiva imposta dal regolamento sportivo, vengono forniti ai costruttori di Power Unit tutti i prodotti candidati per la stagione successiva. In questo modo i motoristi hanno il tempo necessario per analizzarli e testarli sui banchi dinamometrici. L’olio motore, in particolare, è una componente fondamentale sia per la reliability (affidabilità) sia per le prestazioni: deve garantire la massima pulizia delle fasce dei pistoni (rings) ed evitare depositi sulla testa del pistone.

La viscosità è il parametro fondamentale

Per quanto riguarda la potenza, i parametri e la densità energetica della benzina sono stabiliti dal regolamento FIA e sono in linea con i carburanti commerciali. La densità energetica, di per sé, non è l'elemento che fa la differenza sulla prestazione pura. L’introduzione dei carburanti 100% sostenibili è stata una sfida tecnologica in relazione al punto di partenza e alla chimica del processo: passare dai derivati degli idrocarburi tradizionali a carburanti ottenuti da fonti sostenibili (scarti agricoli, alimentari, ecc.) approvati dalla FIA.

Dal punto di vista della performance dei lubrificanti, la viscosità è un fattore su cui si lavora costantemente. Più la viscosità è alta, più si perde potenza per trascinare il fluido all'interno del motore. Riducendo la viscosità si riduce la potenza persa per il pompaggio e il trascinamento, aumentando quella erogata alle ruote. La sfida consiste nell'abbassare la viscosità senza compromettere la protezione delle componenti meccaniche e la capacità di raffreddamento, evitando il grippaggio.

Il valore predittivo sullo stato di salute di motore e cambio

L'analisi spettroscopica dei residui metallici negli oli del motore e del cambio permette di prevenire guasti imminenti. Tutti i fornitori di lubrificanti dispongono di un laboratorio mobile che viaggia insieme al team nei GP. Tramite uno strumento chiamato spettrometro di emissione (Spark Emission Spectrometer), viene “bruciato” un campione di fluido e se ne analizza lo spettro chimico per verificare la presenza di metalli di usura (ferro, rame, alluminio, titanio, ecc.).

Report Shell su un campione di lubrificante – Credit: @EngineeringExplained

In collaborazione con i costruttori delle unità turbo ibride, che hanno svolto test massivi ai banchi prova, i limiti soglia per ogni metallo sono conosciuti. Se viene rilevato un picco anomalo di un metallo (es. titanio), una determinata componente interna (come un cuscinetto o una boccola) si sta usurando oltre la norma.

Spettrometri a emissione ottica – Credit: Mercedes-AMG Petronas Formula One Team

Gli ingegneri del partner tecnologico (Petronas, Shell, Exxon, BP, …) segnalano immediatamente l'anomalia agli ingegneri dei costruttori di Power Unit. Gli ingegneri di Mercedes, Ferrari, Red Bull Powertrains Ford, Audi e Honda effettuano un controllo visivo diretto con il boroscopio (una micro-telecamera flessibile inserita nel motore) per verificare lo stato dei componenti e decidere se intervenire o sostituire la Power Unit.

Inoltre, può essere utilizzato uno strumento chiamato FTIR (Fourier-Transform Infrared Spectroscopy) che analizza l'impronta chimica di qualsiasi fluido. La spettroscopia FTIR è il metodo primario in Formula 1 per l'identificazione rapida e non distruttiva di residui sconosciuti. Questa tecnica agisce come un'impronta digitale molecolare, consentendo ai team di analizzare contaminanti meccanici, fluidi degradati o detriti accumulati sulla pista e sulla vettura.

In caso di perdite sulla monoposto, gli ingegneri possono prelevare una goccia di liquido sul fondo scocca o sui tubi e identificare istantaneamente se si tratta di olio idraulico, olio del cambio o liquido di raffreddamento, individuando anche eventuali contaminazioni incrociate tra i diversi impianti. Gli attuali propulsori hanno una vita di 4.000-4.500 km (con un margine del 10% a seconda della gestione dei singoli team). I partner tecnici forniscono tutte le indicazioni diagnostiche e le allerte in caso di usura anomala, ma la decisione finale sulla sostituzione della Power Unit spetta sempre al team e agli ingegneri del costruttore, che valutano il rischio in base alle strategie di campionato.

Omologazione dei prodotti

Ad ogni Gran Premio la FIA richiede l'analisi dei campioni e il numero di lotto (batch) di produzione di benzine e oli per verificare la conformità e la costanza qualitativa rispetto al campione depositato. La variabilità del prodotto durante l'anno deve essere vicina allo zero.

Eventuali modifiche alle formulazioni nel corso della stagione sono consentite solo in concomitanza con l'introduzione di nuove specifiche tecniche del motore da parte del costruttore, previa nuova approvazione e omologazione da parte della FIA, come nel caso di una nuova omologazione di componenti consentita dalla disciplina dell’ADUO.

Classifica piloti e costruttori F1 aggiornata

Foto copertina www.youtube.com